具有連續(xù)管形鉆柱的優(yōu)化壓力鉆探的制作方法
【專利摘要】鉆探井筒的方法可包括用連續(xù)的管形鉆柱鉆探井筒，以及用鉆柱內(nèi)的光波導感測至少一個參數(shù)。井系統(tǒng)可包括連續(xù)的管形鉆柱和鉆柱內(nèi)的光波導。光波導可感測沿著鉆柱分布的至少一個參數(shù)。
【專利說明】具有連續(xù)管形鉆柱的優(yōu)化壓力鉆探
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明總的涉及結(jié)合鉆井使用的設備和實施的操作，并且在文中所述的實施例中，具體地提供具有連續(xù)管形鉆柱的優(yōu)化壓力鉆探。
【背景技術(shù)】
[0002]在傳統(tǒng)的鉆探操作中，可使用鉆柱表面處和井底組件內(nèi)的傳感器來探測影響鉆探操作的各種參數(shù)。然而，如此的傳感器不測量沿著鉆柱的參數(shù)，在探測流體流入井筒或探測流體從井筒流失時，如此傳感器的用途有限。
[0003]因此，應該認識到，在鉆探操作的感測技術(shù)方面需要有改進。這些改進可用在以上所討論的情形中和其它的情形中。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0004]圖1是井系統(tǒng)和可實施本發(fā)明原理的相關方法的示意的局部剖視圖。
[0005]圖2是可用于圖1的井系統(tǒng)和方法的過程控制系統(tǒng)的示意的方框圖。
[0006]圖3是另一井系統(tǒng)構(gòu)造的示意圖。
[0007]圖4是井系統(tǒng)一部分的放大的示意局部剖視圖。
[0008]圖5是沿井筒的溫度對深度的示意曲線圖，該圖包含流體從井筒流失的指示。
[0009]圖6是沿井筒的溫度對深度的示意曲線圖，該圖包含流體流入筒的指示。
[0010]圖7是探測流入量和根據(jù)響應調(diào)整扼流器的方法的示意性流程圖，該方法可實施本發(fā)明的原理。
[0011]圖8是探測流體流失量和根據(jù)響應調(diào)整扼流器的方法的示意性流程圖，該方法可實施本發(fā)明的原理。
【具體實施方式】
[0012]圖1中示意地顯示的是井系統(tǒng)10和可實施本發(fā)明原理的相關的方法。在系統(tǒng)10中，通過轉(zhuǎn)動管形鉆柱16端部上的鉆頭14，鉆探出井筒12。
[0013]鉆探流體18通常稱作泥漿，其通過鉆柱16向下循環(huán)流出鉆頭14，并向上流過形成在鉆柱和井筒12之間的環(huán)腔20，以便冷卻鉆頭、潤滑鉆柱、移走鉆探切削物，以及提供對井底壓力控制的測量。非返回的閥21 (通常是鉸鏈型的止回閥)阻止鉆探流體18向上流過鉆柱16。
[0014]井底壓力的控制在壓力管理和欠平衡的鉆探中，以及在其他類型的優(yōu)化壓力鉆探操作中顯得非常重要。較佳地，對井底壓力進行優(yōu)化，以防止過度的流體流失到井筒12周圍的地層64、不希望的地層斷裂、不希望的地層流體流入井筒內(nèi)等。
[0015]在典型的壓力控制鉆探中，希望保持井底壓力大于地層64的孔隙壓力，不超過地層斷裂壓力。在典型的欠平衡鉆探中，希望保持井底壓力稍許小于孔隙壓力，由此，從地層64流入的流體得到控制。[0016]氮氣或其它氣體、或其它重量輕的流體，可添加到鉆探流體18內(nèi)，以進行壓力控制。該技術(shù)例如在欠平衡的鉆探操作中，或在隔離密度(諸如雙梯度)管理的壓力鉆探中特別的有用。
[0017]在系統(tǒng)10中，通過使用旋轉(zhuǎn)的控制裝置22 (RCD)關閉環(huán)腔20 (例如，隔絕環(huán)腔與大氣的連通，并能在地面處或靠近地面處對環(huán)腔加壓)，來獲得對井底壓力的附加控制。該RCD22在井口 24上方圍繞鉆柱16密封。盡管在圖1中未予示出，但鉆柱16向上延伸通過RCD22，以便連接到例如立管管線26和/或其它傳統(tǒng)的鉆探設備。
[0018]鉆探流體18通過翼形閥28流出井口 24，該翼形閥位RCD22下方與環(huán)腔20連通。鉆探流體18然后流過流體返回管線30，流到扼流集管32，扼流集管32包括冗余的扼流器34。通過可變地限制流體18通過冗余扼流器34中在運行的一個扼流器的流動，將背壓施加到環(huán)腔20。
[0019]流體流過扼流器34的限制越大，對于給定流量，施加到環(huán)腔20的背壓就越大。因此，可通過改變對流體流過扼流器的限制來改變施加到環(huán)腔20的背壓，便可方便地調(diào)節(jié)井底壓力。如下文中更加完整的描述，可使用一水力學模型來確定地面處或地面附近施加到環(huán)腔20的壓力，該壓力將導致所要求的井底壓力，于是，操作者(或自動化控制系統(tǒng))可容易地確定如何來調(diào)節(jié)地面處或地面附近施加到環(huán)腔的壓力(該壓力可方便地測量)，以獲得所要求的井底壓力。
[0020]也可希望控制沿著井筒12的其他部位處的壓力。例如，在井筒12的大致垂直或水平部分內(nèi)的套管靴處或側(cè)向井筒跟部處的壓力，或任何其它部位處的壓力，都可使用本發(fā)明的原理來加以控制。
[0021]施加到環(huán)腔20的壓力可通過各種壓力傳感器36、38、40，在地面或地面附近進行測量，各個傳感器與環(huán)腔連通。壓力傳感器36感測RCD22下方但在防噴器(Β0Ρ)堆疊42上方的壓力。壓力傳感器38感測井口中Β0Ρ堆疊42下方的壓力。壓力傳感器40感測扼流集管32上游的流體返回管線30內(nèi)的壓力。
[0022]另一壓力傳感器44感測立管管線26內(nèi)的壓力。還有另一壓力傳感器46感測扼流集管32下游但在分離器48、振動器50和泥漿池52上游的壓力。另外的傳感器包括溫度傳感器54、56，科里奧利(Corio 1 is)流量計58以及流量計62、66。
[0023]并非所有這些傳感器都是必要的。例如，系統(tǒng)10可僅包括流量計62、66中的一個。然而，來自傳感器的輸入可用于水力學模型，用以確定在鉆探操作過程中應是哪個壓力施加到環(huán)腔20。
[0024]此外，鉆柱16可包括其自身的傳感器60，例如，用來直接測量井底壓力。如此的傳感器60可以是本【技術(shù)領域】內(nèi)技術(shù)人員熟知的那種類型，它們作為鉆探時壓力(PWD)、鉆探時測量(MWD)和/或鉆探時記錄(LWD)的傳感器系統(tǒng)。這些鉆柱傳感器系統(tǒng)一般地提供至少壓力測量，并還可提供溫度測量，探測鉆柱特征(諸如振動、鉆頭上重量、粘滑運動等)、地層特征(諸如電阻率、密度等)和/或其它測量?？墒褂酶鞣N形式的遙測技術(shù)(聲音的、壓力脈沖的、電磁的、光學的、有線的等)，將向下鉆進傳感器測量值傳送到地面。鉆柱16可設置有導體、光波導等，用于在傳感器60和以下要描述的過程控制系統(tǒng)74 (見圖2)之間傳輸數(shù)據(jù)和/或指令。
[0025]如果需要的話，系統(tǒng)10還可包括另外的傳感器。例如，可使用另一個流量計67來測量流出井口 24的流體18的流量，另一個科里奧利流量計(未示出)可直接互連在臺架泥漿泵68等的上游或下游。
[0026]如果需要的話，系統(tǒng)10還可包括較少的傳感器。例如，可通過計數(shù)泵的行程而不是使用流量計62或任何其它的流量計，來確定臺架泥漿泵68的輸出。
[0027]應注意到，分離器48可以是3相或4相的分離器，或是泥漿氣體分離器(有時稱作“泥氣分離器”)。然而，系統(tǒng)10中不一定要用到分離器48。
[0028]鉆探流體18借助于臺架泥漿泵68通過立管管線26泵送到鉆柱16內(nèi)部。泵68從泥漿池52中接受流體18，并通過立管集管86 (圖1中未示出，可參見圖3)使流體流到立管管線26。然后，流體18向下循環(huán)通過鉆柱16，向上通過環(huán)腔20，通過泥漿返回管線30，通過扼流集管32，然后通過分離器48和振動器50流到泥漿池52，用于調(diào)節(jié)和再循環(huán)。
[0029]應注意到，在到以上所描述為止的系統(tǒng)10中，扼流器34不能用來控制對井底壓力實施控制的施加到環(huán)腔20的背壓，除非流體18流過扼流器。在傳統(tǒng)的過平衡的鉆探操作中，每當鉆柱16中要進行連接時(例如，隨著井筒12鉆探得越來越深，需將另一長度的鉆探管添加到鉆柱上)，就會發(fā)生循環(huán)的缺乏，而循環(huán)的缺乏將會要求僅通過流體18的密度來調(diào)節(jié)井底壓力。
[0030]然而，在系統(tǒng)10中，即使流體不循環(huán)通過鉆柱16和環(huán)腔20，也可維持流體18通過扼流器34的流動。因此，通過限制流體18通過扼流器34的流動，仍可將壓力施加到環(huán)腔20。例如，當鉆柱16移入和移出井筒12時，該能力可以是很有用的。
[0031]在如圖1所示的系統(tǒng)10中，通過將流體泵送到環(huán)腔20或扼流集管上游的另一部位內(nèi)，就可使用背壓泵70，將流體流動供應到扼流集管32上游的返回管線30。如圖1所示，泵70通過Β0Ρ堆疊42連接到環(huán)腔20，但在其他實例中，泵70可連接到返回管線30或扼流集管32。
[0032]替代地，或附加地，在需要時，可如國際專利申請系列N0.PCT/US08/87686中所述，如美國專利申請系列N0.13/022, 964中所述，或使用其它的技術(shù)，使流體可從立管集管(或其它方式地從臺架泵68)轉(zhuǎn)向到返回管線30。
[0033]由此，扼流器34對來自臺架泵68和/或背壓泵70的如此流體流動的限制，致使壓力施加到環(huán)腔20上。如果使用背壓泵70，則流量計72可用來測量泵的輸出。
[0034]扼流器34和背壓泵70是壓力控制裝置的實例，壓力控制裝置可用來控制地面附近環(huán)腔20內(nèi)的壓力。如果需要的話，可使用其它類型的壓力控制裝置(諸如國際專利申請系列N0.PCT/US08/87686和美國專利申請系列N0.13/022, 964等中所述的那些裝置)。
[0035]現(xiàn)在另外參照圖2，圖中示意地示出過程控制系統(tǒng)74的一個實例的方框圖。在其它實例中，過程控制系統(tǒng)74可包括元件的其它數(shù)量、類型、組合等，而任何的元件可定位在不同的部位處，或可與另一元件形成一體，以符合于本發(fā)明的范圍。
[0036]如圖2所示，過程控制系統(tǒng)74包括數(shù)據(jù)采集和控制接口 118、水力學模型120、預測裝置122、數(shù)據(jù)驗證器124和控制器126。這些元件可類似于2010年11月12日提交的國際專利申請系列N0.PCT/US10/56433中所描述的元件。
[0037]水力學模型120用來確定環(huán)腔20內(nèi)要求的壓力，由此，在井筒12內(nèi)的某些部位處達到要求的壓力。水力學模型120使用諸如井筒深度、鉆柱的每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)、移動速度、泥漿類型等的數(shù)據(jù)，來模擬井筒12、鉆柱16、流體流過鉆柱和環(huán)腔20的流動(包括由于如此的流動的等價的循環(huán)密度)等。
[0038]數(shù)據(jù)采集和控制接口 118 從各種傳感器 36、38、40、44、46、54、56、58、60、62、66、67、72接收數(shù)據(jù)，并連同接收臺架和向下鉆進數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)送到水力學模型120和數(shù)據(jù)驗證器124。此外，接口 118將來自水力學模型120的要求的環(huán)腔壓力轉(zhuǎn)送到數(shù)據(jù)驗證器124。
[0039]預測裝置122可被包括在該實例中，以根據(jù)過去的數(shù)據(jù)來確定目前應該接收哪些傳感器數(shù)據(jù)，且要求的環(huán)腔壓力應該是什么。預測裝置122可包括神經(jīng)網(wǎng)絡、遺傳算法、模糊邏輯等，或預測元件的任何組合，以對傳感器數(shù)據(jù)和要求的環(huán)腔壓力產(chǎn)生預測。
[0040]數(shù)據(jù)驗證器124利用這些預測，來確定任何特殊傳感器的數(shù)據(jù)是否正當、水力學模型120輸出的要求的環(huán)腔壓力是否合適等。如果合適的話，數(shù)據(jù)驗證器124則將要求的環(huán)腔壓力傳送到控制器126 (諸如可編程的邏輯控制器，其可包括比例積分微分(PID)控制器)，其控制扼流器34、泵70和各種流動控制裝置128 (諸如閥等)的操作。
[0041]這樣，扼流器34、泵70和流動控制裝置128可自動地受控制，以在環(huán)腔20內(nèi)達到和保持要求的壓力。環(huán)腔20內(nèi)實際壓力通常在井口 24處或井口 24附近測量(例如，使用傳感器36、38、40)，井口 24可位于陸上或水下。
[0042]現(xiàn)在另外參照圖3，圖中代表性地和示意地示出了井鉆探系統(tǒng)10的另一種構(gòu)造。在該構(gòu)造中，流動控制裝置76連接在臺架立管集管86的上游處。流動控制裝置76可互連在臺架泵68和立管集管86之間，例如使用快速連接器84 (諸如高壓由壬等)進行互連。這將使流動控制裝置76方便地適用于各種臺架泵管線的互連。
[0043]為了控制流過立管管線26的流動，可使用特別適合的完全自動化的流動控制裝置76 (例如，如由控制器126自動化控制的流動控制裝置128中的一種)，代替使用臺架立管集管86中的傳統(tǒng)的立管閥。流動控制裝置76連同一個或多個附加的流動控制裝置78、80、82，可用來通過旁路管線75使流體18從臺架泵68轉(zhuǎn)向到扼流集管32。
[0044]現(xiàn)在另外參照圖4，圖中代表性地示出了井系統(tǒng)10的構(gòu)造。在該構(gòu)造中，鉆柱16包括盤管或其它形式的連續(xù)管，其具有沿著其長度延伸的至少一個光波導88 (諸如，光纖、光帶等)。
[0045]在圖4中，波導88圖示為延伸通過鉆柱16的內(nèi)部縱向流動通道90，但在其它實例中，波導可延伸在鉆柱的側(cè)壁內(nèi)、鉆柱外等。波導88可呈環(huán)的形式，該環(huán)在盤管頂部處開始延伸到底部，轉(zhuǎn)過彎返回到表面，以提高溫度測量特性。
[0046]可提供多個光學波導88連同其它類型的管線(例如，電線管線和/或水力管線等)。各種管線可納入到具有附加部件的纜線中，諸如鎧裝、絕緣、包皮、電線管線、水力管線和/或屏蔽等，或者它們可單獨地安裝在鉆柱16內(nèi)。
[0047]光波導88可安裝在帶有鉆柱16的管子或控制管線內(nèi)。較佳地，可提供單模態(tài)和多模態(tài)的光波導88，但這不是必要的，以符合于本發(fā)明的原理。
[0048]鉆柱16最好至少從井口 24到靠近井底組件(例如，包括但不限于:傳感器60、非返回閥21、鉆頭14、泥漿馬達92 (見圖1)，該馬達響應于流過鉆柱的流體18的流動而轉(zhuǎn)動鉆頭等)是連續(xù)的(例如，不是連接的或分段的)。光波導88可在鉆柱傳輸?shù)骄?2內(nèi)之前或之后，安裝在鉆柱16內(nèi)。
[0049]圖4的左手側(cè)示出這樣的情形，其中，流體18流失到地層64內(nèi)。S卩，流體18從井筒12流入地層64。[0050]例如，當井筒12內(nèi)的壓力大于地層64的斷裂壓力時，就會發(fā)生該種情形。如此的情形通常可被避免，但也可優(yōu)點突出地使用(例如，用來方便地確定斷裂壓力等)，這將在下文中更完整地描述。
[0051]圖4的右手側(cè)示出另一種情形，其中，地層流體94從地層64流入井筒12內(nèi)。例如，當井筒12內(nèi)的壓力小于地層64的孔隙壓力時，就會發(fā)生該種情形。
[0052]一般地說，在欠平衡的鉆探操作中(例如，在鉆探時，地層流體94有控制地流入井筒12內(nèi))，如此的情形是理想的，但在其他類型的鉆探操作(例如，有管理的壓力鉆探、傳統(tǒng)的過平衡鉆探等)中是不理想的。在下面更完整描述的技術(shù)中，地層流體94流入井筒12內(nèi)，可用來方便地確定地層64的孔隙壓力。
[0053]應注意到，在流體94流入井筒12內(nèi)的同時，流體18不會流入地層64內(nèi)(如圖4右手側(cè)上所示)。因此，圖4左手側(cè)和右手側(cè)上所示的情形不會同時發(fā)生，但相反，用來顯示鉆探操作過程中可發(fā)生的分開的情形。
[0054]在圖5中，對于圖4所示的井筒12的部分，以及圖4左手側(cè)上所示的流體流失的情形，圖5示出了溫度對于深度的代表性圖表96。應注意到，在流體18進入地層64的部位處，探測到了溫度的降低98。
[0055]溫度的降低98是由于在流體進入地層的部位處，流體18局部地冷卻了地層64的緣故。如此的溫度異常降低98可用來探測何處和何時發(fā)生了流體18流失事件，并可用來確定何時達到了地層64的斷裂壓力。
[0056]在圖6中，對于圖4所示的井筒12的部分，以及圖4右手側(cè)上所示的流體94流入的情形，圖6示出了溫度對于深度的代表性圖表100。應注意到，在流體94進入井筒12的部位處，探測到了溫度的上升102。
[0057]溫度的上升102是由于在流體進入井筒的部位處，流體94局部地加熱了井筒12的緣故。如此的溫度異常上升102可用來探測何處和何時發(fā)生了流體94流入事件，并可用來確定何時井筒內(nèi)壓力變得小于地層64的孔隙壓力。
[0058]較佳地，使用眾所周知的分布溫度感知(DTS)技術(shù)，采用光波導88來測量溫度。DTS是可用來測量沿光波導88的溫度分布的技術(shù)。
[0059]可使用脈沖的激光源，送光脈沖通過光波導88，可記錄下返回光的特性。該返回光(“背散射”)包括光能的吸收和重發(fā)射。
[0060]背散射的光包括不同光譜分量，例如，瑞利(Rayleigh)、布里淵(Brillouin)和拉曼(Ramen)帶。拉曼帶可用來獲得沿著光纖的溫度信息。
[0061]拉曼背散射具有兩個分量，即，斯托克斯(Stokes)和反斯托克斯(Ant1-Stokes),前者是弱依賴于溫度，而后者受溫度影響很大。斯托克斯和反斯托克斯之間的相對強度是發(fā)生背散射處的溫度的函數(shù)。
[0062]由于光在玻璃內(nèi)的速度是已知的，因此通過跟蹤反射和背散射光的到達時間，就可確定背散射光起源的精確位置。DTS跟蹤或曲線(諸如圖5和6的曲線96、100)是一組溫度測量值或采樣點，它們沿著光波導88長度等距離地間距。
[0063]布里淵背散射光波長也是溫度依賴的，因此，可用于DTS。然而，布里淵背散射光也依賴于波導88內(nèi)的局部應變，于是對于溫度測量來說，可對應變分量(例如，通過確保波導不經(jīng)受應變)進行消除、抵消等。[0064]在圖4的實例中，光波導88用于DTS監(jiān)控。然而，如果需要的話，也可使用其他分 布的光測量。例如，可使用分布的聲音感測（DAS)、分布的應變感測（DSS)或分布的振動感 測（DVS)。
[0065]如上所討論的，拉曼背散射感測通常用于DTS監(jiān)控，但如果需要的話，也可使用布 里淵背散射感測。布里淵或瑞利背散射感測可用于DAS、DSS或DVS監(jiān)控，最好感測布里淵 背散射增益或相干的瑞利背散射。也可使用（或替代地）干涉測量的光感知。
[0066]在一個實例中，DAS可用來感測流體94從地層64流入井筒12內(nèi)（例如，流體流入) 時產(chǎn)生的聲音信號，或由于流體18從井筒流入地層(例如，流體流失）造成的聲音幅值的減 小。也可(或替代地）使用光波導88來測量鉆探操作的其他特征(諸如鉆柱16的振動、粘 滑、旋轉(zhuǎn)、應變等)。
[0067]DAS可用來探測從地層64進入井筒12的氣體的聲音信號，和/或流過環(huán)腔20的 氣體的聲音信號。例如，波導88將會指示鉆柱16暴露于井筒12內(nèi)氣體中那部分減弱的聲 音響聲，于是，為此目的，可使用連接到波導的光學設備來探測鉆柱內(nèi)分布的聲共振。
[0068]這可提供氣體早期井噴探測系統(tǒng)，由此，不僅可探測到流入事件，而且可探測到流 體流入井筒12內(nèi)的位置，以及環(huán)腔20內(nèi)氣體的位置和速度。如此的信息可允許臺架人員 在合適的時間作出合適的調(diào)整，以使氣體循環(huán)出井筒12外，并阻止進一步流入。
[0069]DAS可用來探測另一靠近井筒(未示出）內(nèi)另一鉆柱(未示出）產(chǎn)生的聲波。當另一 鉆柱鉆探另一井筒時，波導88探測另一鉆柱產(chǎn)生的聲波，于是，可容易地確定另一井筒相 對于井筒12的位置，以便引導井筒彼此相交或避免相交。
[0070]DAS可用來探測井筒12內(nèi)或井筒外可產(chǎn)生聲音信號的其他事件。例如，可用波導 88探測發(fā)生在井筒12內(nèi)的沖刷。作為另一實例，在地面上、在其它井筒內(nèi)等，可引起地震 源，用波導88可探測地震的振動。
[0071]除了分布的測量之外，可使用一個或多個傳感器104來作特性的點測量。例如，傳 感器104可包括壓力傳感器、化學離子或pH傳感器、離子化輻射傳感器、磁場傳感器等。傳 感器104可以是光學的或其他類型的傳感器，并可以連接到或不連接到波導88的部分，可 以是或不是波導88的部分。
[0072]在另一實例中，傳感器104不一定以光學方式偶聯(lián)到波導88。相反,傳感器104 可以聲音方式與波導88連通。在該實例中，傳感器104可發(fā)射聲信號，測量值可在信號上 進行調(diào)制(例如，使用頻率、相位或幅值變換鍵入等)，聲信號可被波導88接受并用光學方式 (背散射變化）傳送到遠處(諸如地球表面、鉆探臺架、海底井口等)。
[0073]如果需要的話，還可提供附加的一個或多個管線106。在一個實例中，管線106包 括電氣導體，其用作為天線以在地層64內(nèi)誘發(fā)出磁場。磁場變化可表明地層64內(nèi)電阻率 的變化。
[0074]可探測波導88內(nèi)眾所周知的法拉第效應，該效應指示出地層64內(nèi)磁場變化。在 該實例中，鉆柱16可用復合的或其他非磁性材料制成，這樣，它不干擾磁場向地層64的傳 播，并且不干擾探測地層內(nèi)磁場的變化。
[0075]在一個實例中，在鉆探操作進程中，可用波導88進行記錄。例如，波導88可探測 到從地層64發(fā)出的Y輻射。這樣，操作者可知道何時可穿透特定的地下地層、鄰近鉆柱16 的地層何時可與預期的地下地層相關等。在該實例中，鉆柱16可較佳地用復合材料或其他非金屬材料制成。
[0076]通過在波導上提供磷光的或熒光的包層，便可探測到沿著波導88的離子化輻射。不同的地層可具有不同的光譜吸收特性，基于這些特性可允許識別和驗證地層。
[0077]盡管以上僅描述了利用波導88的分布的和點的感測技術(shù)的一些實例，但應該清楚地理解到，任何感測技術(shù)以及感測技術(shù)的任何數(shù)量或組合都可被使用，以符合于本發(fā)明的原理。
[0078]現(xiàn)在另外參見圖7，圖7以流程圖形式代表性地示出了可用于圖4的井系統(tǒng)10構(gòu)造的方法108。當然，方法108可在其他井系統(tǒng)中實踐，以符合于本發(fā)明的原理。
[0079]在方法108中，探測到地層流體94流入，其表明地層64的孔隙壓力。當某個部位處的井筒12內(nèi)壓力小于該部位處的地層64孔隙壓力時，壓差誘導地層流體94流向并流入井筒內(nèi)。
[0080]因此，流入流開始的點是井筒12內(nèi)壓力變得小于地層64孔隙壓力的那個點。當如此的流入流出現(xiàn)時，可容易地測得井筒12內(nèi)壓力(例如，使用傳感器60、104等)，并可方便地測得靠近地面的環(huán)腔20內(nèi)的壓力(例如，使用傳感器38、40等)。
[0081]應注意到，在流入部位處的井筒12內(nèi)的壓力可包括由于流體18流動引起的摩擦壓力(也稱作當量循環(huán)密度)，于是，當確定流入部位處井筒內(nèi)實際壓力時，最好考慮到該壓力(如果存在的話)。然而，在方法108實施時，不一定要求流體18循環(huán)通過鉆柱16和環(huán)腔
20。相反，可在方法108實施過程中使用泵70 (見圖1)或/或臺架泵68 (見圖3)，供應流體流過扼流器34，不讓流體18循環(huán)通過鉆柱16和環(huán)腔20。
[0082]在方法108的步驟110處，將扼流器34調(diào)整到逐漸減小井筒12內(nèi)的壓力。通過減小通過扼流器34的流動阻力(例如，通過逐漸地打開扼流器)，便可減小扼流器上游的壓力，因此，靠近地面的施加到環(huán)腔20的壓力減小。
[0083]在步驟112處，探測流入流。例如，使用帶上述波導88的DAS或DTS，就可容易地探測到關于流入流的聲音指示或熱指示(例如，如圖6所示)。
[0084]在流入的時間段上，可測量流入部位處的井筒12內(nèi)的壓力(例如，使用傳感器60、104等)，和/或可測得靠近地面的環(huán)腔20內(nèi)的壓力(例如，使用傳感器38、40等)。這些壓力測量值將表示流入部位處的地層64的孔隙壓力。
[0085]在步驟114處，按照特殊鉆探操作的需要，調(diào)整扼流器34。例如，在管理的壓力鉆探中，可調(diào)整扼流器34，使井筒12內(nèi)壓力略微高于地層64的孔隙壓力(在扼流器調(diào)整之后，該壓力其后可由缺乏波導88探測的流入流而得到驗證)。在欠平衡鉆探中，可調(diào)整扼流器34以在鉆探過程中允許控制流入流量(在扼流器調(diào)整之后，該流量其后可由波導88得到驗證)。
[0086]現(xiàn)在另外參見圖8，圖8以流程圖形式代表性地示出了可用于圖4的井系統(tǒng)10構(gòu)造的另一方法130。當然，方法130可在其他井系統(tǒng)中實踐，以符合于本發(fā)明的原理。
[0087]在方法130中，探測流體18流失到地層64，其表明地層的斷裂壓力。當某個部位處的井筒12內(nèi)壓力大于該部位處的地層64的斷裂壓力時，地層可斷裂，而流體18可容易地流入地層內(nèi)。
[0088]因此，流體18流失的點是井筒12內(nèi)壓力變得大于地層64斷裂壓力的那個點。在流體18流失時間段上，可容易地測得井筒12內(nèi)壓力(例如，使用傳感器60、104等)，并可方便地測得靠近地面的環(huán)腔20內(nèi)的壓力(例如，使用傳感器38、40等)。
[0089]應注意到，在流體流失部位處的井筒12內(nèi)的壓力可包括由于流體18流動引起的摩擦壓力(也稱作當量循環(huán)密度)，于是，當確定流體流失部位處井筒內(nèi)實際壓力時，最好考慮到該壓力(如果存在的話)。然而，在方法130實施時，不一定要求流體18循環(huán)通過鉆柱16和環(huán)腔20。相反，可在方法130實施過程中使用泵70 (見圖1)或/或臺架泵68 (見圖3)，供應流體流過扼流器34，不讓流體18循環(huán)通過鉆柱16和環(huán)腔20。
[0090]在方法130的步驟132處，將扼流器34調(diào)整到逐漸增加井筒12內(nèi)的壓力。通過增加通過扼流器34的流動阻力(例如，通過逐漸地關閉扼流器)，便可增加扼流器上游的壓力，因此，靠近地面的施加到環(huán)腔20的壓力增加。
[0091]在步驟134處，探測流體18的流失。例如，使用帶上述波導88的DAS或DTS，就可容易地探測到關于流體18流失的聲音指示或熱指示(例如，如圖5所示)。
[0092]在流失的時間段上，可測量流體流失部位處的井筒12內(nèi)的壓力(例如，使用傳感器60、104等)，和/或可測得靠近地面的環(huán)腔20內(nèi)的壓力(例如，使用傳感器38、40等)。這些壓力測量值將表示流體流失部位處的地層64的斷裂壓力。
[0093]在步驟136處，按照特殊鉆探操作的需要，調(diào)整扼流器34。例如，在管理的壓力鉆探中，可調(diào)整扼流器34，使井筒12內(nèi)壓力略微高于地層64的孔隙壓力(在扼流器調(diào)整之后，該壓力其后可由缺乏波導88探測的流入流而得到驗證)并小于地層的斷裂壓力。在欠平衡鉆探中，可調(diào)整扼流器34以在鉆探過程中允許控制流入流量(在扼流器調(diào)整之后，該流量其后可由波導88得到驗證)。
[0094]現(xiàn)在可認識到，以上的發(fā)明對井筒壓力控制和鉆探操作中參數(shù)感測技術(shù)提供了好幾種進步。在圖4的實例中，盤卷的或其他形式連續(xù)的管形鉆柱16包括光波導88，其提供各種參數(shù)的分布的和/或點的感測。這里使用帶有光波導88的連續(xù)的管形鉆柱16，使得鉆柱和光波導能方便地移入和移出井筒12，在鉆柱各部分連接到鉆柱或從鉆柱拆下時，無需將光波導附連到鉆柱外面或從鉆柱外面拆下。
[0095]以上發(fā)明描述了鉆探井筒12的方法。該方法可包括用連續(xù)的管形鉆柱16鉆探井筒12，以及用鉆柱16內(nèi)光波導88來感測至少一個參數(shù)。
[0096]鉆柱16可至少從地面位置到鉆柱16的井底組件都是連續(xù)的。
[0097]感測至少一個參數(shù)可包括感測沿著鉆柱16分布的參數(shù)。
[0098]分布的聲音感測(DAS)、分布的溫度感測(DTS)、分布的振動感測(DVS)和/或分布的應變感測(DSS)可被包括在至少一個參數(shù)的感測中。
[0099]感測的參數(shù)可選自以下的組群，其包括壓力、溫度、化學離子、離子化輻射、pH、磁場和、輻射。當然，可感測任何其他的參數(shù)，以及參數(shù)的任何數(shù)量或組合，以符合于本發(fā)明的原理。
[0100]方法108可包括調(diào)整扼流器34，由此，誘導流體94流入井筒12內(nèi)，而感測至少一個參數(shù)可包括探測流入量。該方法108還可包括測量探測流入量時的井筒12內(nèi)的壓力，由此，使井筒12內(nèi)壓力與相交于井筒12的地層64內(nèi)孔隙壓力相關。該方法108還可包括響應于流入量的探測來調(diào)整扼流器34。
[0101]方法130可包括調(diào)整扼流器34，由此，誘導流體18從井筒12中流失，而感測至少一個參數(shù)可包括探測流體18的流失。該方法130還可包括測量探測流體18流失時的井筒12內(nèi)的壓力，由此，使井筒12內(nèi)壓力與相交于井筒12的地層64內(nèi)斷裂壓力相關。該方法130還可包括響應于流體18流失的探測來調(diào)整扼流器34。
[0102]光波導88可定位在鉆柱16內(nèi)部流動通道90內(nèi)。
[0103]以上發(fā)明還描述了井系統(tǒng)10。該井系統(tǒng)10可包括連續(xù)的管形鉆柱16和鉆柱16內(nèi)的光波導88。光波導88可感測沿著鉆柱16的至少一個參數(shù)。
[0104]應該理解到，這里所描述的本發(fā)明的各種實施例可用于各種定向上以及各種構(gòu)造中，各種定向諸如傾斜的、倒置的、水平的、垂直的定向等，而不脫離本發(fā)明的原理。所描述的各種實施例僅是作為本發(fā)明原理的有用應用的實例，本發(fā)明不局限于這些實施例的任何具體的細節(jié)。
[0105]當然，本【技術(shù)領域】內(nèi)技術(shù)人員，在仔細考慮以上對本發(fā)明代表性實施例的描述之后，會容易地認識到，對于具體的實施例可作出許多修改、添加、替代、刪除和其他的改變，如此的改變都可從本發(fā)明的原理中構(gòu)思出來。因此，應清楚地理解以上詳細的描述僅是借助于圖示和實例給出的，本發(fā)明的精神和范圍僅由附后的權(quán)利要求書及其等價物來加以限定。
【權(quán)利要求】
1.一種鉆探井筒的方法，該方法包括:用連續(xù)的管形鉆柱鉆探井筒；以及用鉆柱內(nèi)的光波導感測至少一個參數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述鉆柱至少從地面位置到鉆柱的井底組件是連續(xù)的。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，感測至少一個參數(shù)包括感測沿著鉆柱分布的參數(shù)。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，感測至少一個參數(shù)包括分布的聲音感測。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，感測至少一個參數(shù)包括分布的溫度感測。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，感測至少一個參數(shù)包括分布的振動感測。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，感測至少一個參數(shù)包括分布的應變感測。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，至少一個參數(shù)選自以下:壓力、溫度、化學離子、尚子化福射、pH、磁場和、福射。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括調(diào)整扼流器，由此，誘導流體流入井筒內(nèi)，其中，感測至少一個參數(shù)還包括探測流入量。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，還包括在探測流入量時測量井筒內(nèi)壓力，由此，使井筒內(nèi)壓力與相交于井筒的地層內(nèi)孔隙壓力相關。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，還包括響應于探測流入量來調(diào)整扼流器。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括調(diào)整扼流器，由此，誘導流體從井筒中流失，其中，感測至少一個參數(shù)還包括探測流體的流失。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，還包括在探測流體流失時測量井筒內(nèi)壓力，由此，使井筒內(nèi)壓力與相交于井筒的地層內(nèi)斷裂壓力相關。
14.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，還包括響應于探測流體流失來調(diào)整扼流器。
15.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述光波導定位在鉆柱的內(nèi)部流動通道內(nèi)。
16.—種井系統(tǒng)，包括:連續(xù)的管形鉆柱；以及鉆柱內(nèi)的光波導，其中，光波導感測沿著鉆柱的至少一個參數(shù)。
17.如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述鉆柱至少從地面位置到鉆柱的井底組件是連續(xù)的。
18.如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述光波導感測沿著鉆柱分布的至少一個參數(shù)。
19.如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個參數(shù)包括分布的聲波。
20.如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個參數(shù)包括分布的溫度。
21.如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個參數(shù)包括分布的振動。
22.如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個參數(shù)包括分布的應變。
23.如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其特征在于，至少一個參數(shù)選自以下:壓力、溫度、化學尚子、尚子化福射、pH、磁場和gamma福射。
24.如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括扼流器，調(diào)整扼流器誘導流體流入井筒內(nèi)，其中，所述至少一個參數(shù)包括流入量的指示。
25.如權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，其特征在于，指示流入量的井筒內(nèi)壓力與相交于井筒的地層內(nèi)孔隙壓力相關。
26.如權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，其特征在于，響應于流入量的指示，調(diào)整扼流器。
27.如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括扼流器，調(diào)整扼流器誘導流體從井筒中流失，其中，所述至少一個參數(shù)包括流體流失的指示。
28.如權(quán)利要求27所述的系統(tǒng)，其特征在于，指示流體流失的井筒內(nèi)壓力與相交于井筒的地層內(nèi)斷裂壓力相關。
29.如權(quán)利要求27所述的系統(tǒng)，其特征在于，響應于流體流失的指示，調(diào)整扼流器。
30.如權(quán)利要求16 所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述光波導定位在鉆柱的內(nèi)部流動通道內(nèi)。
【文檔編號】E21B47/12GK103635655SQ201180071386
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2011年6月2日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月2日
【發(fā)明者】J·L·小邁達, N·G·斯金納 申請人:哈里伯頓能源服務公司